Physique-Chimie · premiere spe

Chapitre 8 — Aspects énergétiques des phénomènes électriques

L'essentiel en 30 secondes

L'énergie électrique se calcule par $E = P \times \Delta t$ . La puissance $P = U \times I$ pour tout dipôle. Pour un conducteur ohmique (résistor), la loi d'Ohm donne $U = R \times I$ . L'effet Joule transforme l'énergie électrique en chaleur dans les résistances. Le rendement d'un convertisseur compare l'énergie utile $à$ l'énergie totale consommée.

Notions clés

Tension (U): Différence de potentiel entre deux points d'un circuit, en volts (V).
Intensité (I): Débit de charges électriques dans un conducteur, en ampères (A).
Résistance (R): Capacité d'un dipôle $à$ s'opposer au passage du courant, en ohms $(\Omega )$ .
Effet Joule: Échauffement d'un conducteur parcouru par un courant électrique, dû à la résistance.
Rendement (η): Rapport entre la puissance (ou énergie) utile et la puissance (ou énergie) totale consommée.

Formules

Loi d'Ohm

U = R \times I

Condition : $U$ en \text{V}, $R$ en $\text{\Omega }, I$ en \text{A}

Puissance électrique

P = U \times I

Condition : P en \text{W}

Puissance dissipée par effet Joule

P_J = R \times I^2 = \frac{U^2}{R}

Condition : Pour un conducteur ohmique

Énergie électrique

E = P \times \Delta t

Condition : E en \text{J}, P en \text{W}, \Delta t en \text{s}. Ou E en \text{Wh} si \Delta t en \text{h}.

Rendement

\eta = \frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{totale}}}

Condition : 0 \leq \eta \leq 1 (souvent exprimé en \%)

A retenir

$P = U \times I$ est universelle pour tout dipôle. Les formules avec $R (P = RI^2, P = U^2/R)$ ne s'appliquent qu'aux conducteurs ohmiques.
$1$ kWh $= 3,6 \times 10⁶ J$ . C'est l'unité utilisée sur la facture d'électricité.
L'effet Joule est toujours présent dans un conducteur ohmique : c'est une perte dans les câbles, un avantage dans un radiateur.

Erreurs classiques

Erreur : Utiliser $P = RI^2$ pour un dipôle qui n'est pas un conducteur ohmique.

Correction : $P = RI^2$ et $P = U^2/R$ ne sont valables QUE pour un conducteur ohmique. Pour les autres dipôles, utilise $P = U \times I$ .

Erreur : Mélanger joules et kilowattheures dans un calcul.

Correction : Choisis une seule unité : soit tout en J et s, soit tout en Wh et h. Pour convertir : 1 kWh = 3 600 000 J.

Erreur : Oublier que le rendement est toujours inférieur à 1 (ou 100 %).

Correction : Si tu trouves $η > 1$ , il $y a$ une erreur. L'énergie utile est toujours $\leq$ énergie totale.

Astuce méthode

Pour un bilan énergétique d'un circuit : identifie les générateurs (fournissent l'énergie), les récepteurs (la convertissent en énergie utile) et les résistances (effet Joule = pertes). Énergie fournie = énergie utile + pertes.